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贝克休斯 凯普斯通燃气轮机的优势及特性

产品名称::贝克休斯 凯普斯通燃气轮机的优势及特性jru广州南创电子科技有限公司
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一、纯氢燃气轮机的优势 :jru广州南创电子科技有限公司
燃氢燃气轮机能够支撑能源行业深度减碳,是衔接风能、太阳能等可再生新能源、新型储能系统、电力系统的可靠性最高、经济性最好的跨季节调节装备。目前各大燃气轮机OEM厂商均承诺在2030年前开发出低排放纯氢燃气轮机,支持全球天然气电网向可再生能源系统的转型。纯氢燃气轮机能够完全使用氢气作为燃料进行燃烧,具有以下显著优势:jru广州南创电子科技有限公司
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① 零碳排放:氢气燃烧的产物主要是水蒸气,不产生二氧化碳,从而显著减少温室气体排放,有助于应对气候变化。jru广州南创电子科技有限公司
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② 高效能量密度:氢的能量密度较高,意味着相同质量的燃料可以产生更多的能量,提高了燃气轮机的效率。jru广州南创电子科技有限公司
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③ 多样化能源来源:氢气可以通过多种途径生产,如电解水、天然气重整、固体燃料气化、生物质转化等,随着电解槽成本、电耗及绿电的价格逐步降低,绿氢将逐步取代灰氢,成为工业领域用氢的主要来源。jru广州南创电子科技有限公司
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④ 高灵活性:氢燃气轮机可以与现有的天然气基础设施部分兼容,具备较好的适应性和灵活性。目前已经在实施的掺氢示范项目表明,低于30%体积比例掺氢不会对现有天然气燃气轮机基础设施产生颠覆性影响,通过相对成本较低的改造即可实现10%以上的碳减排。jru广州南创电子科技有限公司
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二、氢气的燃烧特性jru广州南创电子科技有限公司
氢气燃烧特性相对于甲烷变化较大,氢气体积热值仅有甲烷的1/3,但是爆炸极限宽、燃烧速度快、燃烧温度也比甲烷高150℃,因此高氢含量燃气轮机燃烧系统具有以下特点:jru广州南创电子科技有限公司
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① 为达到同样的热负荷,燃料系统需要供应更大的体积流量。jru广州南创电子科技有限公司
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② 燃烧温度是影响热力NOx生成的最敏感参数,其与NOx生成速率呈指数关系。氢气燃烧峰值温度高,产生的热力NOx排放较高。同时因氢气密度低,射流穿透能力弱,易被高速气流快速卷走,带来局部当量比高和高温热点的问题,进而生成大量的NOx。jru广州南创电子科技有限公司
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③ 氢气质量扩散系数是天然气的3倍,火焰速度快10倍,容易快速形成易爆环境,燃烧压力升高率过高或者压力波动。jru广州南创电子科技有限公司
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④ 喷射后势能低,凝聚性低,稳定火焰短,更靠近燃烧器喷嘴,容易发生回火。jru广州南创电子科技有限公司
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⑤ 氢气点火能小,点火浓度宽,极易自燃。jru广州南创电子科技有限公司
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⑥ 氢气的燃烧产物为高温水蒸气,相对于天然气燃烧产物气体成分不同,其焓降也会有所不同,会影响涡轮边界条件甚至改变整个系统的动力学特性。jru广州南创电子科技有限公司
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综上,氢气燃烧过程具有火焰温度高、传播速度快的特点,采用纯氢或掺氢混合燃料的燃气轮机燃烧技术方面存在着自燃、回火、NOx排放超标和燃烧振荡等主要问题。jru广州南创电子科技有限公司
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燃气轮机技术难点及应对方案jru广州南创电子科技有限公司
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燃气轮机是一种燃料灵活性相对较高的发电或者驱动设备,但是氢气和天然气燃烧特性差异较大,在现有天然气燃烧室开展富氢燃烧会影响燃烧稳定性及整机匹配,带来整机的可靠性及排放问题。jru广州南创电子科技有限公司
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目前典型的应对方案分为两种:jru广州南创电子科技有限公司
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(1)基于成熟构型改进,扩展天然气燃烧室的工作范围。目前各OEM厂商普遍使用的先进低NOx技术的贫预混燃烧室不能直接燃用纯氢,为了避免回火及热声振荡,一般控制燃料中氢气体积分数少于30%,经过适应性改造可以到60~70%,但无法实现全氢燃烧。而使用传统的扩散燃烧室可以控制回火,实现100%燃氢,但为了减少由较高的扩散燃烧火焰温度引起的NOx增加,须要采用注入蒸汽、氮气或者采用成本昂贵的NOx减排装置。jru广州南创电子科技有限公司
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(2)新研适用于全氢燃烧的新型低排放燃烧室。这其中最主流的技术路线当属微混燃烧技术,主要原理是将大尺度火焰转化为多个微小尺度火焰,增强了空气和氢气的局部混合强度,提升了混合均匀度,同时小尺度火焰显著缩短了氢气在高温区的驻留时间,可以大幅度降NOx生成。目前大多数都处在研究开发过程中,基本实现了原理试验验证向工程应用的过渡,污染物排放抑制效果显著。jru广州南创电子科技有限公司
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二、贝克休斯纯氢燃气轮机发展路线jru广州南创电子科技有限公司
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贝克休斯轻型工业燃气轮机系列(NovaLT5/12/16)针对天然气的干式低排放版本目前可以实现30%的掺氢混烧。为了实现100%全氢燃烧,贝克休斯分两个阶段在2026年前实现纯氢低排放燃机开发并逐步推向市场。jru广州南创电子科技有限公司
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第一阶段,基于成熟部分预混燃烧技术实现纯氢稳定燃烧,NOx排放控制在150ppm以下,通过选择性催化还原(SCR)进一步降低至15ppm甚至更低。目前可以实现做到天然气燃烧、掺氢燃烧、纯氢燃烧之间轻松切换,产品在掺氢燃气管线增压站上已经逐步应用。jru广州南创电子科技有限公司
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第二阶段,2023年完成全预混纯氢低排放燃烧技术开发,目前正在HyPowerGT项目支持下开展部件及整机验证,全新设计的DLN纯氢燃烧室全温全压燃烧器上开展性能及排放验证,技术成熟度达到TRL6。2026年在NovaLT16机组上率先应用并开展长时间运行考核,技术成熟度达到TRL7。jru广州南创电子科技有限公司
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